Емкостный уровнемер Советский патент 1990 года по МПК G01F23/26 

«

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения уровня неэлектропроводных

жидкостей.

Цель изобретения - повышение точно сти измерения уровня жидких сред.

На чертеже показана принципиальная схема емкостного уровнемера на уровне блок-схемы.

Уровнемер содержит источник 1 посте- янного напряжения, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 2-7. три из которых, первый 2. третий 4 и четвертый 5. подключены опорными входами к источнику 1, Выход четвертого ЦАП 5 соединен с потенциальным электродом рабочего емкостного датчика 8. Первый 2, второй 3 и пятый 6 ЦАП включены последовательно, причем выход последнего из них соединен с потенциальными злектррдами компенсационно- го датчика 9 и первого конденсатора 10, Выход третьего ЦАП 4 через ЦАП 7 подключен к потенциальному электроду второго конденсатора 11. Токовые электроды датчиков 8 и 9 и конденсаторов 10 и 11 подключе- ны к суммирующей точке 12 на входе усилителя 13 неравновесия, выход которого через синхронный детектор 14 связан с первыми входами компараторов 15 и 16 напряжения. Вторые входы компараторов 15 и 16 подключены к источнику разнополярных опорных напряжений ±Uon (не показан), а их выходы - к первым входам логических элементов И 17 и 18 соответственно. Выходы этмх элементов связаны с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 19. выход которого подключен к входу цифрового индикатора 20 и второго ЦАП 3. Тактовый генератор 21 подключен выходом к счетному входу счетчика-делителя 22. раз- рядные входы которого соединены с адрес- нымивходамипостоянного

запоминающего, устройства 23. причем выход старшего разряда связан также с опорным входом детектора 14. Выход переноса счетчика-делителя 22 соединен с вторыми входами элементов И 17 и 18, а выход ПЗУ 23 - с цифровыми входами ЦАП 5. 6 и 7.

Уровнемер работает следующим образом.

Постоянное напряжение источника 1 поступает на опорные входы ЦАП 2 и 4 и передается на их выходы с крэффициента- ми. пропорциональными значениям кодов на цифровых входах этих ЦАП. Коды уста- навливаются внешними устройствами и оп- ределяются параметрами емкостных датчиков (начальная емкость) и диапазоном измерения (конфигурацией резервуара, в котором измеряется уровень жидкости). На

опорных входах всех других ЦАП 3, 5. 6 и 7 также действуют постоянные напряжения. При этом коэффициент передачи ЦАП 3 определяется показанием реверсивного счет- чика 19, которое индицируются индикатором 19.

Счетчик-делитель 22 подсчитывает импульсы тактового генератора 21. При этом на его разрядных выходах значение кода периодически изменяется от О до No -1, где NO - объем счетчика. Этот код поступает на адресные входы ПЗУ 23, в ячейках которого, соответствующих адресному коду N, записано значение функции:

(),(1)

Если частота следования импульсов генератора 21 - fr,. а длительность очередного цикла счета счетчика 22 равна т, то, приняв во

внимание зависимость N -- fot, получают

- . л:

No

() sin(wt+f)

0

гдей; 2лг,.

iMo

Следовательно, выходной код ПЗУ воспроизводит синусоидальную функцию с круговой частотой 0) - и начальной

(Мо

фазой 7Г/2 Этот ход поступает на цифровые входы ЦАП 5 - 7. Выходные напряжения этих ЦАП представляют собой ступенчато- аппроксимированные синусоиды с частотой со, амплитуда i фаза которых определяются полярностью и значением напряжений на опорных входах. При этом погрешность передачи опорного напряжения ЦАП-ми 5-7 может быть легко откорректирована, например, регулировкой обратной связи выходного усилителя, а дифференциальная нелинейность этих ЦАП сказывается только на форме выходной синусоиды и практически не влияет на точность всего устройства. Поэтому требований к точности ЦАП 5-7 ниже тех требований, которые предъявляются к ЦАП 2-4,

Синусоидальные напряжения с выходов ЦАП 5-7 поступают на потенциальные электроды датчиков 8 и 9 и конденсаторов 10 и 11 и вызывают протекание в их цепях синусоидальных токов. Емкости конденсаторов 10 и 11, а также коэффициент передачи ЦАП 4 выбраны такими, чтобы компенсировать начальные значения емкостей датчиков 8 и 9. Поэтому при пустом резервуаре (сухие датчики) сигнал неравновесия на выходе усилителя 13 отсутствует. В рабочем режиме (заполнение резервуара) компенсационный датчик 9 полностью погружен в контролируемую жидкость, а рабочий датчик 8 погружен частично. При этом изменение тока в цепи рабочего датчика, вызванное изменением уровня, компенсируется изменением тока в цепи компенсационного датчика. Это происходит следующим образом.

Сигнал некомпенсации усиливается усилителем 13 и подается на вход синхронного детектора 14. На опорный вход этого детектора поступают прямоугольные импульсы со старшего разряда счетчика 22. Эти импульсы имеют частоту синусоидальных напряжений на потенциальных электродах датчиков, однако сдвинуты по фазе, как видно из выражения (1), относительно них на угол 7Г/2 Емкостные токи датчиков опережают приложенные напряжения на угол я/2 поэтому они синфазны, либо противофаз- ны опорным импульсам детектора 14. Благодаря этому постоянное выходное напряжение детектора 14 не зависит оттоков утечек и однозначно определяют соотношение емкостных токов рабочего и компенсационного датчиков. Если это выходное напряжение выходит за пределы, заданные источником опорных напряжений на вторых входах компараторов 15 и 16, то один из компараторов срабатывает. При этом открывается соответствующий элемент И 17 или 18 для прохождения импульсов переноса счетчика-делителя 22 на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 19. Изменение кода этого счетчика приводит к изменению коэф- фйциента передачи ЦАП 3, амплитуды синусоидального напряжения на выходе ЦАП 6 и восстановлению равновесия. При равновесии код реверсивного счетчика 19 однозначно соответствует у ровню погружения рабочего датчика, Масштабный коэффициент отсчета устанавливается заданием от внешних устройств кода на цифровых входах ЦАП 2. Значение уровня в соответствующих единицах выводится на индикатор 20.

Формула изобретения

Емкостный уровнемер, содержащий рабочий и компенсационный емкостные датчики и два конденсатора, потенциальный электрод первого из которых соединен с по- . тенциальным электродом компенсационного датчика, причем токовые электроды

датчиков и конденсаторов подключены к суммирующей входной точке усилителя неравновесия, первый, второй и третий циф- роаналоговые преобразователи, опорный

вход второго из которых подключен к выходу первого, а опорные входы первого и третьего цифроаналоговых преобразователей соединены между собой, синхронный детектор, подключенный входом к выходу

усилителя неравновесия, а выходом - к первым входам двух компараторов, вторые входы которых соединены с источником разнополярных опорных напряжений, а выходы - с первыми входами двух логических

элементов И, подключенных выходами к вычитающему и суммирующему входам ревер- сивного счетчика импульсов, выход которого связан с цифровыми входами второго цифроанэлогового преобразователя и

входами цифрового индикатора, отличающийся тем. что, с целью повышения точности измерения, в него введены источ-. ник постоянного напряженияч четвертый, пятый и шестой цифроаналоговые преобразователи, тактовый генератор, счетчик-делитель и постоянное запоминающее устройство, выходы которого соединены с цифровыми входами цифроаналоговых преобразователей с четвертого по

шестой, а адресные входы - с выходами счетчика-делителя, выход старшего разряда которого подключен к опорному входу синхронного детектора, выход переноса - к вторым входам логических элементов И, а

счетный вход - к выходу тактового генератора, при этом выход источника постоянного напряжения соединен с опорными входами первого, третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей,

опорные входы пятого и шестого цифроаналоговых преобразователей связаны с выходами второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, а выходы четвертого, пятого и шестого цифроаналоговых

преобразователей подключены соответственно к потенциальному электроду рабочего датчика, точке соединения потенциальных электродов компенсационного датчика и первого конденсатора и

к потенциальному электроду второго конденсатора.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения уровня неэлектропроводных жидкостей, содержащихся в резервуарах. Цель изобретения - повышение точности измерения. Емкостный уровнемер содержит источник 1 постоянного напряжения, цифроаналоговые преобразователя 2-7, рабочий 8 и компенсационный 9 емкостные датчики, первый 10 и второй 11 конденсаторы, усилитель 13, синхронный детектор 14, компараторы 15 и 16, логические элементы И 17 и 18, реверсивный счетчик 19, цифровой индикатор 20, тактовый генератор 21, счетчик-делитель 22 и постоянное запоминающее устройство 23. 1 ил.